VF4 audiofil végfok

 

2016-01-31 módosítva

Kedves olvasóim jelezték, hogy a közzétett panelen volt egy elkötés, másrészt úgy gondoltam közzé teszem az eredeti panel tervem. Pontosabban kicsit módosítottam, kijavítottam az elkötést, és nem szoronganak úgy az alkatrészek. Az fotók az eredet végfok mdulokról készültek. Remélem az új panelen nem csináltam hibát. Ha találtok, legyetek szívesek mielőbb megírni. A kapcsolási rajz, és a kinyomtatható panel terv a lap alján tölthető le PDF-ben.

 

2008-03-28 módosítva

Aki belevág, az előbb olvassa el, amit a többi kapcsolásnál már leírkásztam. A kapcsolást úgy terveztem, hogy 2 x 24V-os trafóról legyen járatható. Duál mono konstrukciót használjunk, vagyis ha sztereó végfokot akarunk készíteni, akkor az én ajánlásom szerint 4 x 24V szekunderre lesz szükségünk. A tápegység kialakítása úgy néz ki, hogy ezeket egy-egy Graetz-cel egyenként egyenirányítjuk, egy-egy 4700-10000uF kondival szűrjük, és egy-egy T3,15A (lomha) biztosítékkal védjük. Kijelölünk egy földpontot, mondjuk egy szép rézcsavart, és az összes táp földjét ehhez kötjük. Ide kötjük a hangszórók földjét is.

A VF4 kapcsolási rajza:

A kezdeti kapcsolásban tranzisztorok voltak a bemeneten, de ilyen kicsi emitter ellenállásoknál nagyon kicsi volt az erősítő bemeneti ellenállása (még 47uF-os bemenő kondenzátornál is nagy volt a 100 Hz-es négyszög jel tetőesése) , ezért áttértem FET-ekre. Másrészt nagyon asszimetrikus lett a kimenő jel. Elkezdtem bétát méregetni, és katasztrofális eredményeket kaptam. Nagy volt a szórásuk, még megközelítőleg sem sikerült párbaválogatnom két BC tranzisztort. Eredtileg nagy átfogó visszacsatolás nélküli kapcsolást szerettem volna fabrikálni, de az erősítést mégiscsak visszacsatolással kellett meghatározni.

Tekintsük át, hogyan működik az áramkör. A kapcsolást két fél erősítőre lehet bontani. Készítettem egy rajzot, amiről az egyi felet kiradíroztam.

Így, kettébontva már jobban látható, hogy a bemeneti FET a vezérlőjelnek megfelelőn szabályozza a vég FET gate körének áramát, a váltóáramú erősítést pedig a 6k8 és a 220R visszacsatoló ellenállások hányadosa határozza meg. A kapcsolás úgy néz ki a mint egy karácsonyfa, de a valóságban minden egyes alkatrésznek fontos szerepe van. Egyenáramúlag a bemeneti FET(ek) gate-je a 220k ellenálláson keresztül 0-ra van kötve. Azt kellet megoldani, hogy bemeneti FET-en keresztül pontosan akkora áram follyon, ami a vég FET gate-jével párhuzamosan kötött 680R ellenálláson és diódán akkora feszültséget ejt, ami a vég FET-et annyira nyitja ki, hogy azon keresztül nyugalmi helyzetben 80-100mA áram follyon. Jó kis körmondat volt, mindenki tudta követni :) ? Ezért van az a karácsonyfa a bemeneti FET source körében. Daraboljuk fel! A 2k2 ellenállásnak és a 12V-os zénernek az a szerepe, hogy fix 12V-os tápfeszültséget állítson elő, mert ha elmászkálna a tápfesz, elmászkálna a nyugalmi áram is. A másik három ellenállás összege határozza meg nyugalmi munkaponti áramot ( ( 12V - Ugs ) / Rsum) ). Ezt a FET-ek szórása miatt trimmerrel kell pontosan beállítani. A kísérleteim során kiderült, hogy ennek megbízható beállításához helitrimmer kell. A 100uF-os kondenzátornak kettős szerepe van. Egyrészt szűri a táp felöl jövő zajokat, ingadozásokat, másrészt váltóáramú szempontból földeli a 220R ellenállást. Így épül fel a 6k8/220R arányú, váltóáramú, negatív visszcsatoló tag. Mivel a két bemeneti FET gate-je lett egy potenciálra kötve, így a két source +/- Ugs-re van eltolva. Csak úgy tudtam ezt a két pontot egyenáramúlag szétválasztani, hogy mindkét félhez külön visszacsatoló ágat készítettem. Ez érdekessége is a kapcsolásnak, de egyik sarokpontja is, figyelni kell a két visszacsatolásban szereplő ellenállások egyformaságára. A 220R-mal párhuzamosan kötött 100pF kerámia kondinak gyorsító szerepe van. A kísérletek során, sokáig nem tudtam megoldani, hogy nagyjelű kivezérlésnél (15V felett) már 1kHz frekinél megjelent egy gerjedés a kimeneti jelben. Már nem tudom, hogyan sütöttem ki, hogy meg kellene próbálni gyorsítani az áramkört. Bejött. Lehet, hogy ennek a kondinak az értékét le kellene vinni 68pF-re, de az is lehet, hogy bemérés alapján olyan minimális értéket kellene választani, ami éppen megszünteti a nagyfrekis gerjedést. A nagyfrekvenciás jel vágását a vég FET gate kapacitásából és a 100R-ból álló tag végzi. Másrészt a 100R a munkaellenállása a vég FET gate-jét védő 12V-os zéner diódának (20V felett átütne). A diódát rá kell ragasztani a vég FET hűtőzászlójára. Mint az már a VF2 és VF3-ból ismert, ennek hőkompenzáló szerepe van. A diódán és a vele sorba kapcsolt 680R ellenálláson keresztűl folyik a vezérlő áram, és a rajtuk eső feszültség vezérli a vég FET-et. Szerencsés kialakítású az áramkör bemenete. A FET-ek következtében olyan nagy bemenő ellenállást alkalmazhattam, hogy a bemeneti egyenáramú szűrésre egy 100nF-os kerámia tárcsa kondit tehettem be. Sajnos a magas bemeneti ellenállás miatt a bemenet eléggé brumm érzékeny is, ami megszűnik, ha elé kapcsolunk egy 10k hangerő szabályzó potit. A bemeneti nagyfrekis vágást a 2k2 ellenállás és a bemeneti FET-ek gate kapacitása végzi. A FET-es bemenet hátránya, hogy a gate-ket szembekapcsolt zéner diódákkal meg kell védeni a kóbor feszültség tüskéktől. Még egy összefüggés érdemel figyelmet, a bemeneti FET source-hez kapcsolódó 220R ellenállás, és a vég FET gate-jével párhuzamosan kapcsolódó 680R ellenállás. A bemenetre kötött jelet a bemeneti FET source nyilván követni fogja (innen nézve source követő), a 220R ellenálláson kialakuló áram keresztűlfolyik a vég FET gate körén, és a 680R ellenálláson létrehozza a vezérlő feszültséget. Tehát a vég FET tényleges vezérlő feszültsége, a bemeneti feszültség x ( 680R / 220R ), aminek amplitúdója max. 3V körül lehet ( a valóságban ezt kis mértékben módosítja a 6k8-on elfolyó áram). A vég FET gate-jével párhuzamosan kötött ellenállás minnél kisebb értékű, annál jobb lesz a végfok freki átvitele. Viszont ha nem elég meredekek a FET-ek, vagy kisebb impedanciájú terhelést kell meghajtani (nagyobb áram), szükségessé válhat a 680R megemelése. Az alsó határfrekit a bemeneten lévő 100nF/220k tag határozza meg, a -3dB pont 7,2Hz-re adódik. Ugyanígy meghatározó a bemeneti FET-ek source-hoz kapcsolódó 100uF/220R tag, ami milyen érdekes :) szintén 7,2Hz-et ad.

Előszőr gyengébb tűrésű alkatrészeket használtam. Egy darabig nem értettem, mitől van az a különös torzítás, mitől törik meg a jel 0V-nál, míg rá nem jöttem, hogy a két félnek eltérő az erősítése, a két félperiódusban jól láthatóan eltérő volt a kimenő jel amplitúdója is. Tehát a visszacsatoló tagokhoz használjunk egyforma ellenállásokat. 5%-osokból is össze lehet válogatni, de a gyengébb tűrésű ellenállásoknak a tk-juk is gyengébb (hőmérsékleti együtthatójuk). Én azt javaslom, vegyünk 10-10 db 1%-os ellenállást és mérjük össze őket.

A LOMEX-nél találtam nagyon kedvezőnek látszó CMOS párt, egy tokba építve (50Ft alatt van). A szimmetriájukról adalékúl, az egyik 0,5 A, a másik 0,3 A áramot képes elviselni. Szerencsére mindkettő elvisel 60V feszültséget. Szóval kell az a visszacsatolás. Más MOS FET is alkalmazható a bemeneten. Arra figyeljünk oda, hogy kisebb áramú típus legyen, pontosabban kicsi legyen a gate kapacitása. Sajnos szerintem sok embernek lesz problémája ezzel a típussal, SMD tokozású, és abból is apró fajta. Valójában ez kisebb, mint amire én is számítottam, megdolgoztatott, míg egy kisérlet panelre sikerült ráforrasztanom. Megkerestem a csomágolási leírást, így vannak így vannak a szallagba eredetileg betéve.

Sokan nem tudják, hogyan kell felület szerelt alkatrészeket forrasztani. Az általános közhiedelemmel ellentétben nem kell hozzá tűhegyű páka, jó a szokásos. A trükk abban van, hogy több folyasztó szert kell a forrasztáshoz adagolni. Azután hogy egyszerre három lábat tunkolunk végig a 2-3 mm széles pákahegyünkkkel nem érdekes, mert az ón a folyasztó szertől szétugrik. Mondjuk magam sem igen hittem, míg meg nem mutatták. Első lépésben tegyük fel az alkatrészt a penelre, és próbáljuk nagyjából a helyére igazítani. Nekem van egy szorító csipeszem, nem tudom mi a neve. Egy forrasztásért nem érdemes ilyet hajkurászni, szerezzünk feleségünktől, vagy kedvesünktől egy hajcsipeszt, ezzel rögzítsűk az alkatrészt. (Több lábú alkatrészeknél előbb csak a két sarkán forrasztjuk meg, hogy fixen rögzítsük az alkatrészt a pelhez.) Ezután jöhet a forrasztás, nem baj ha soknak tűnik az ón, ha befutott mindent, húzzuk le. Forrasztást követően denaturált szesszel mossuk le a panelt. A denszesz jól oldja a gyantát, meg a többi folyasztó szert is. Egy pohárkába öntsünk ki belőle, majd egy használaton kívüli fogkefét belemártogatva sikáljuk a forrasztásokat, amíg a ráégett gyantát el nem távolítottuk. Célszerű a műveletet szabadban végezni (bár nekem a nincs semmi bajom a denszesz szagával).

A két 100uF kondi Yageo Low ESR, az összes többi kerámia tárcsa. A FET-es bemenet lehetővé tette a szokásosnál nagyobb bemenő ellenállás alkalmazását, ami viszont lehetővé tette 100nF-os kerámia tárcsa kondenzátor használatát. Frekvencia spektrum átvitel szempontjából azt hiszem talán ez a a legkifogástalanabb. Az ilyen nagy értékű kerámia kondenzátoroknak elég nagy a tűrésük, elég nagy a hőmérsékleti együtthatójuk, de a jelenlegi pozícióban szinte közömbös, hogy a kondenzátor 93, vagy éppen 110nF-os (és ez még sokkal jobb, mint amit az elektrolit kondenzátoroktól valaha is elvárhatunk).

Fentiekben írtam, hogy a bemenetet meg kell védeni a feszültség tüskéktől, a statikus feltöltődésektől. Egy teljes délutánt és estét átkinlódtam, mire rájöttem, hogy a kísérleti FET gate-je átütött. Korábban csak teljesítmény FET-ekkel voltak tapasztalataim. Ha azok tönkrementek, a nagy teljesítmény miatt egy szép, nagy rövidzárrá olvadtak. A kis FET-ek nem, csak átszakad a gate szigetlése. Úgy lehet ezt a hibát detektálni, hogy rámérünk a bemeneti FET-ek gate-jére, és ot nem 0V-ot találunk.

A FET-ekre került fel megint a hőkompenzáló dióda, és 680 Ohm-os ellenállás. A könnyebb utánépítés kedvéért elgondolkoztam, hogyan lehet a diódát úgy felragasztani, hogy a FET-ek felcsavarozhatók maradjanak. A dióda felragasztása után, két vastagabb NYÁK darabkát ragasztottam a hűtőzászlóra, majd száradás után fúrtam, reszeltem. Figyeljümk oda a lemezek vastagságára. Volt, hogy vékonyabb volt a lemez, és amikor satuba fogtam a FET-et a reszeléshez, elroppant a dióda :(. Baromi bosszantó, lehetet előlről kezdeni.

Ehhez készült még egy szigetelt csavar is (zsugorcsőből készült a gallérja) , hogy ne legyen zárlatos a hűtőzászló a hűtőbordához (persze kell a szokásos csillám, hővezető paszta is). Csak később gondolkoztam el azon, ha csak 2-es lyukat fúrok, és M2-es csavart használok, akkor ez sem kell.

Az áramkör beállítása macerás. A két 1 kOhm helitrimert előszőr állítsuk olyan álásba, hogy a legnagyobb legyen az ellenállásuk. Ilyenkor még olyan kicsi az áram, hogy mindkét vég FET le van zárva. Két műszert célszerű használni. Az egyiken nézzük a kimeneti feszültséget, a másikon meg az átfolyó áramot. Előszőr az egyik helitrimmet tekerjük addig, hogy a kimenet egy kicsit elmozduljon a 0 pontról. Aztán addig kell tekergetni a helitrimmeket, amíg beáll kb 100mA nyugalmi áram, és a kimenet is 10-20mV pontosan 0-ra áll. Rá lehet érezni, kinek rövidebb, kinek hosszabb idő múlva :).

A bemérés során az erősítő elég barátságosan viselkedett. Mint fentebb írtam kb. 1 kHz-ig ki is lehetet táptól-tápig vezérelni, de fölötte jól láthatóan torzítani kezdett tápfesz közelében. Különböző szűrőcskézésekkel kísérleteztem, míg rá nem jöttem, hogy tulajdonképpen gyorsítani kellene a kapcsoláson, a szabályzás okozza a torzítást a tápfesz közelében. Mikor előszőr 47 pF-et betettem, rögtön sokkal jobb lett, 100 pF-nél már nem láttam hibát a szkópon. Gyorsan kipróbáltam 20 kHz-ig a kapcsolást, jónak látszott. Persze tovább tekergettem a generátort, ami max 200 kHz-et tudott. Az erősítő átvitte! Igaz az amplitúdó már csak féltápfesznyi volt, meg más torzulás is látszott a jelen. Itt már jobban érvényesültek a FET-ek paraméterei, és kevésbé a visszacsatolás (szerencsére, mi általában megelégszünk a 20 kHz-zel :).

Rögtön nem tudtam meghallgatni, haza kellett hoznom a hangfalaimat, meg kellett építeni sztereóban. A két tesztpéldány, két sokat próbált régi hűtőbordán.

A vezetékek még nem a végleges vastagságúak és az alkatrészek is szoronganak itt-ott.

A panel alján látható a kis felület szerelt FET pár. Jó viszonyítási alap az M3-as csava feje (hát ez elég parányi :( ). A két DRAIN-en a kis réz zászlók a FET-ek hűtését vanak hivatva segíteni.

Persze látszik a javítás is, hogy egy vezetéket sikerült rosszul nyomtatnom. Ez a konstrukcióm is a nálam hagyományos leszorításos elvű, a FET-ek közvetlenűl a panelba vannak forrasztva. A két panel darabot a szélükön végigfutó vezető peremnél forrasztottam össze, ami egyúttal az erősítő kimenő pontja is.

A FET-ek alá most nem a hagyományos csillám alátétet tettem. Valaha a Conrad-nál vettem arany árban ezt a hővezető/elektromos szigetelő műanyag fóliát. Eddig nem mertem használni, de úgy tűnik működik.

Sokat vacakoltam, kísérletezgettem a kapcsolással. Tartottam tőle, hogy ha meghallgatom vacak lesz, vagy esetleg olyan mint a VF2, ahhoz képest meg bonyolultabb beállítani. Igaz hogy az aktív alkatrészek olcsóbbak, de a két helitrimm azért húzós. Közben elfoglaltam magam új asztal és szekrények barkácsolásával is, mire végre neki tudtam fogni a próbákhoz. Előhalásztam a CD játszómat, a VF2-es végfokomat, a hangfalaimat, előbogarásztam még náhány használhatóbb CD lemezt is. Nagy kő gördült le a lelkemről, nem volt rossz a hangja. Utána beizzítottam a VF2-t is, és úgy halottam, annak nem olyan tiszta a hangja a tapsoknál, ütős hangszereknél. Ezután sokkal meggyőzőbbnek, valóságosabbnak éreztem a VF4 hangját a VF2-höz képest. Még nem volt sok időm hallgatni, közben eldurrant az egyik végfok egyik FET-je. Ezt hosszú időre elkedvetlenített.

Innen tölthetitek le PDF-ben a kapcsolási rajzot és a kinyomtatható panelt.

Jó munkát, és írjatok milyennek találtátok a hangját!